压铸铝合金A356对模具钢表面处理层的侵蚀研究

摘要

在铝合金压铸过程中，模具表面与铝液直接接触，经过长期的循环往复热应力变化，和合金液中固体颗粒的冲刷，以及Fe、Al原子相互反应生成的金属间化合物附着在模具表面导致焊合现象的产生。为减少模具损伤，延长使用寿命，涌现了一系列的表面处理方法如表面涂层、氧化、渗氮、激光硬化等，为工业生产提供了理论参考。
　　为了研究模具钢表面不同的处理方法对其耐热铝侵蚀性能的影响，本文选用某钢厂 H11和压铸 A356铝合金作为实验材料，通过热浸铝实验研究模具钢表面氧化层和渗氮层的抗铝液侵蚀性能，采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）、差式扫描量热分析法（DSC）技术等，分别对不同组别的试样外观、显微形貌、化学成分、物相组成以及热流量变化等进行理论分析，研究模具钢表面氧化层和渗氮层受铝侵蚀的难易程度，反应的激活能大小等，由实验结果和理论分析可得以下结论：
　　①侵蚀实验后，普热试样A表面有一定的腐蚀痕迹，区域块状剥落现象略微明显，表面氧化试样B只在小部分有较弱的腐蚀特征，表面渗氮试样C表面出现连续的小腐蚀坑，彼此连接，密集分布；随着浸铝实验时间的延长，三组试样的质量损失逐渐增大。实验前后试样的质量损失数值的大小顺序为：氧化<普通热处理<渗氮；氧化层相对于渗氮层可以更有效地阻止 Fe、Al原子的相互扩散，进而减缓二者发生反应的进程，提高模具钢耐铝侵蚀的性能。
　　②氧化处理过的试样浸铝后，表面检测到 Fe2Al5二元合金以及 Fe3Al2Si3和FeAl3Si2三元合金；渗氮后的试样表面仅有Fe3Al和FeAl两种二元合金；Fe、Al两种元素发生反应生成FeAl所需要的驱动力比生成Fe2Al5低，因此前者反应过程较后者容易进行；氧化试样表面含Si元素，降低Al原子的活性以及扩散速率，限制了金属间化合物的继续形成，从而保护模具表面，延长模具的使用寿命。
　　③铝与三种不同处理过的模具钢试样发生反应时的放热量从多到少依次为渗氮>普通热处理>氧化，说明渗氮层和铝发生反应的程度比氧化层要剧烈；DSC曲线中的三个峰处，计算可知表面层与铝反应所需要的激活能从小到大依次为渗氮<普通热处理<氧化，说明渗氮层相对氧化层与铝发生反应的倾向性大；耐热铝侵蚀性能方面，氧化处理要优于渗氮处理。

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1 绪 论

1.1压铸模具概况

1.2模具表面处理耐铝液侵蚀失效的研究现状

1.3 表面处理在模具保护方面的应用

1.4本文的研究目的及主要内容

2 实 验

2.1实验材料

2.2实验仪器与设备

2.3实验步骤及方法

3 铝合金A356对模具钢的侵蚀机制和现象

3.1铝合金A356对模具钢的侵蚀机制

3.2金属间化合物的种类及性质

3.3铝液侵蚀实验结果

3.4侵蚀显微组织及分析

3.5本章小结

4 模具钢表面处理层经铝侵蚀的微观分析

4.1试样的成分和物相

4.2铝与模具钢表面层反应的热动力学分析

4.3本章小结

5 模具钢表面处理层与铝合金的DSC分析

5.1试样的表面处理工艺

5.2 DSC实验结果与分析

5.3铝对模具钢表面处理层的作用

5.4本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A 攻读硕士学位期间发表论文